Microbiología de Yacimientos Petrolíferos

Microbiología de
Yacimientos Petrolíferos
Microbiología de Yacimientos Petrolíferos - Agenda
• Bacterias encontradas en el yacimiento petrolífero
– Tipos de bacterias
– Biopelícula
• Problemas causados por las bacterias
en el yacimiento petrolífero
–
–
–
–
Avinagramiento
Interrupción del flujo
Corrosión inducida por microbios
Degradación funcional de fluidos
• Métodos para medir los niveles de bacterias
PERSONAL AND CONFIDENTIAL
Bacterias
• Organismos unicelulares
sin núcleo
• Variedad de metabolismos
• Se encuentran
virtualmente en todos los
lugares de la tierra
METABOLISMOS
Aeróbico
Anaeróbico
Fermentativo
agua
Bacterias Aeróbicas
• Bacterias que utilizan
oxígeno como parte de su
metabolismo
• Comúnmente encontradas
en aguas de superficie
E. Coli
PERSONAL AND CONFIDENTIAL
Bacterias productoras de ácido
• Generan ácidos
orgánicos como parte de
su metabolismo
• Contribuyen a la
corrosión
Bacterias reductoras de sulfato
• Organismos anaeróbicos
• Las SRBs reducen los
iones de sulfato a sulfuro
como parte del
metabolismo
• Fuente de H2S y FeS
biogénicos
• Contribuye a la corrosión
Fotomicrografía de contraste de Bacterias Reductoras de Sulfato y Sulfuro:
a) Desulfovibriodesulfuricans
b) Desulfonemalimicola
c) Desulfobulbuspropionicus
d) Desulfobacterpostgatei
e) Desulfosarcinavariabilis
f) Desulfomonasacetoxidans
Brock, Madigan, Martinko& Parker in Biology
of MicoorganismsPrentice-Hall Inc 1994
Fuente de la imagen: Cells & Environmental Systems Inc.
Bacterias oxidantes de metales
• Bacterias que oxidan el
hierro o manganeso a fin
de obtener energía para su
metabolismo
• Pueden formar sales de
cloruro
• Contribuyen a la corrosión
Bacterias de hierro en charco
Organismos Extremófilos
• Los extremófilos se
reproducen en condiciones
demasiado extremas para
la mayor parte de la vida
• Incluye termófilos y
halófilos
• Problemáticos porque los
ambientes con alta
temperatura y alta
salinidad son comunes en
la producción de energía
Vista área de Grand Prismatic Spring; Hot Springs,
Midway & Lower Geyser Basin; Jim Peaco; Julio de
2001 Yellowstone National Park Imagen de NPS Photo
Grand Prismatic Spring deYellowstone National Park
Halófilos
• Organismos que les
agrada la sal
• Se reproducen en
soluciones salinas de 0,2
Ma+2M
• No se reproducirán cuando
la concentración de sal no
esté en el rango ideal
Grupo de células de Halobacterium sp.
Termófilos
• Organismos que se
reproducen a temperaturas
de hasta 70ºC
• Los hipertermófilos
requieren temperaturas de
hasta 105ºC para
reproducirse
• Son comunes en
ambientes subterráneos
Fotomicrografías de un termófilo submarino
aislado de los fluidos de venteo hidrotermales en
lo profundo del mar.
Fuente de la Imagen: David Darling
Microbiología Subterránea
• Organismos encontrados a
grandes profundidades (2
millas) y en condiciones de
temperaturas y salinidad
extremas
• DOE tiene un programa de
microbiología subterránea
que estudia organismos
• Los microbios están
presentes en la geología
de pozos incluso antes de
la perforación
Biopelículas
• Los organismos
planctónicos (de libre
flotación) se convierten en
sésiles cuando se adhieren
a la superficie
• Los organismos sésiles
adaptan el metabolismo y
excretan un film protector
de sustancias poliméricas
extracelulares (EPS)
Biopelícula Staphylococcus aureus
Ciclo de vida de las biopelículas
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Simbiosis de las biopelículas
• La mayoría de las
biopelículas no son
organismos únicos
• Los organismos, a
menudo, se comportan de
manera simbiótica – el
producto de desecho de un
organismo es el nutriente
de otro
• Comunidades fuertes
difíciles de tratar
Fuente de la imagen: Departamento de EE.UU. de Programas de Genomas Energéticos
¿Por qué las Biopelículas son más difíciles de
eliminar ?
• Barrera de difusión / reactividad
– los biocidas no penetran a través de la biopelícula
– los biocidas reaccionan con los componentes de la biopelícula
• Menor actividad metabólica = crecimiento más lento
• Las células de las biopelículas producen diferentes
productos
• Protección a la comunidad
– las células se agrupan / amontonan (menos expuestas)
– los productos de desechos desactivan los biocidas (por ej.,
sulfuro)
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Biopelícula con sulfato reductor de bacterias
Fosa formada después de
11 meses en un tanque de
petróleo crudo
Fosa de 10 mm,
formada después de 9
meses en un tanque
de petróleo
A PracticalManual onMicrobiologically
InfluencedCorrosion, Gregory Kobrined1993
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Problemas causados por microbios
• Avinagramiento
• Interrupción del
flujo
• Corrosión
• Deterioro
Catherine Bass&HilaryLappin-Scott1997
Avinagramiento
• Las bacterias reductoras
de sulfato forman H2S
como parte de su
respiración
• Riesgo para la salud,
reduce el valor de
hidrocarburos
• Pueden formar depósitos
de sulfuro de hierro
Interrupción del flujo
• La biopelícula puede
obstruir los caminos del
flujo
• Incluso pequeñas
cantidades de
biopelícula pueden
afectar negativamente el
flujo de hidrocarburos
Biopelícula en partículas
de arena
Interrupción del flujo
Biopelícula
Agua
Granos
Cuellos de poros,
cuerpos de poros
Obstrucción Cambio en la
capacidad de humedad
GAS
P=Pin
θ1
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θ2 < θ 1
Interrupción del flujo
• Las biopelículas afectan la hidrofobicidad del agente de
sostén
• Los agentes de sostén hidrofóbicos alientan la extracción
de agua para un flujo de gas ideal
Agentes de sostén hidrofílicos
Agentes de sostén hidrofóbicos
Interrupción del flujo
Sin biopelícula
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Con biopelícula
Interrupción del flujo
Índice de flujo de gas
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Gas acumulativo
Corrosión
Fuente de la imagen: Scielo (Brasil)
• Los productos de la corrosión se forman debajo de la
biopelícula
• A menudo, las comunidades de organismos exacerban
la situación
• Esto resulta en corrosión de picaduras
Deterioro
Drilling Fluid Viscosity as a Function of Biocide (THPS)
Drilling Fluid pH as a Function of Biocide (THPS)
40
9.5
35
9
8.5
8
25
7.5
20
pH
Apparent Viscosity (cPs)
30
7
15
6.5
10
6
5
5.5
0
0
5
10
15
20
25
5
0
5
Days (reinoculation at day 15)
0 ppm
75 ppm
150 ppm
300 ppm
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0 ppm
10
15
Days (reinoculation at day 15)
75 ppm
150 ppm
20
25
300 ppm
Enfoques de monitoreo de bacterias
• Técnicas basadas en cultivos que determinan microorganismos
viable (vivos)
– “Tubos de microbios”
• Métodos o dispositivos que miden la actividad microbiana de los
microorganismos
– ATP
• Técnicas no basadas en cultivos que caracterizan
microorganismos
– Técnicas de biología molecular
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Monitoreo de Biopelículas
Muestra de colección
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Enumeración
Microorganismos de actividad microbiana
Ensayos ATPbioluminescencia.
Ventajas:
• Rápidos, costos de análisis
económicos, no específico de
un organismo, portátiles
Desventajas:
• Mide la actividad y no la
“biomasa”
• Costoso para automatizar
• Datos estáticos
• Muchas interferencias
especialmente en fluidos
producidos
Fuente de la Imagen: 3M
Monitoreo de corrosión microbiológicamente
influida
• Técnicas de cultivo, planctónicas
y sésiles de las superficies de
cupones y muestras de agua.
–
SRBs, Bacterias productoras de ácido
(APBs)
• Análisis químicos
–
Ácidos grasos, Niveles de Fe, pH, H2S
• Microscopía
–
–
Conteos directos de epifluorescencia
SEM o ESEM
• Análisis de cupones de corrosión
• “Limpieza” de tuberías
inteligentes
• Monitoreo electromecánico –
ocasional
–
LPR, ECN, EIS
Métodos ecológicos moleculares sin cultivo
• Microscopía cuantitativa:
– Conteos directos con DAPI, AO,
– Bacterias conocidas específicas: FISH
• qPCR – Reacción en cadena de la
Polimerasa cuantitativa.
– Identifica y cuantifica grupos conocidos
de microorganismos problemáticos.
• DGGE – electroforesis en gel con
gradiente de desnaturalización
– Identifica grandes poblaciones y
diversidad
Métodos ecológicos moleculares sin cultivo
• Ventajas
– Identifica la presencia de microorganismos en ambientes extremos
donde las técnicas basadas en cultivos no tienen capacidad
– Identifica la diversidad microbiana “verdadera” y los
microorganismos dominantes en la muestra de la población.
– Análisis relativamente rápidos, sobre todo, comparado con técnicas
basadas en cultivos.
• Desventajas
– Requiere equipo especializado y técnicos altamente calificados
– No es un monitoreo en tiempo real
– Resulta difícil separar las comunidades vivas de las muertas.
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¡Muchas gracias!
Debora Fumie Takahashi, PhD en Microbiología
Especialista en Aplicaciones de Clientes LA
[email protected]
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